1956年是中国现代科学技术发展史上的一个重要里程碑。是年1月，中国提出了“向科学进军”的口号。科学技术事业开始进入了一个有计划的蓬勃发展的新阶段。这一年，中国政府成立了国家科学规划委员会，组织全国600多位科学家和技术专家，制定出中国第一个发展科学技术的长远规划，即《1956年至1967年科学技术发展远景规划》，拟定了57项重大任务。此规划提出的主要任务于1962年提前完成，从而奠定了中国的原子能、电子学、半导体、自动化、计算技术、航空和火箭技术等新兴科学技术基础，并促进了一系列新兴工业部门的诞生和发展。在提前完成《1956年至1967年科学技术发展远景规划》的基础上，中国又制定了《1963年至1972年科学技术规划纲要》（简称《十年规划》）。
中国政府在1958年对科技管理机构进行调整合并，成立了国家科学技术委员会、国防科学技术委员会。各省（自治区、直辖市）、市、县陆续成立了各级科委，形成了中国的科学技术管理体系。中国科学技术事业进入了国家计划下的现代发展时期。
1964年，周恩来总理在政府工作报告中首次提出要实现工业、农业、国防和科学技术现代化，简称“四个现代化”。在此期间，科技事业得到迅速发展。1959年，地质学家李四光等人提出了“陆相生油”理论，打破了西方学者的“中国贫油”说；1960年，物理学家王淦昌等人发现反西格玛负超子；1964年，中国第一颗原子弹装置爆炸成功；1965年，生物学家们在世界上首次人工合成牛胰岛素。在此过程中，中国形成了一批学科较齐全、设备较好的研究所，培养了一支水平较高、力量较强的科研队伍。到1965年，全国科学研究机构已达到1700多个，从事科学研究的人员达到12万人。这是中国科学技术事业继续发展的基础。
不幸的是，从1966年开始，中国经历了长达10年的“文化大革命”。这场政治运动对中国的科学技术事业无疑是一场巨大的灾难。其间，科技管理陷入瘫痪，研究机构被肢解，广大科学技术工作者被迫停止科研工作，下放到农村或厂矿劳动。中国的科学技术几乎停滞不前。
尽管如此，中国科学技术工作者还是在极为困难的条件下取得了一系列的重要成就。1966年，中国第一颗装有核弹头的地地导弹飞行爆炸成功；1967年，中国第一颗氢弹空爆成功；1970年，“东方红一号”人造地球卫星发射成功；20世纪70年代初期，数学家陈景润完成了哥德巴赫猜想中的“1+2”，向着解决哥德巴赫猜想迈进了一大步。
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